система физического эксперимента при изучении электрического тока в различных средах

Текст:

Введение

В современном социально-экономическом обществе существует большая потребность в образованных, предприимчивых людях, способных самостоятельно принимать решения, нести за них ответственность и работать с большим потоком разнообразной информации. [1] Физика является одной из дисциплин, способных развить в человеке все эти качества и сформировать новые жизненные установки. Система физического эксперимента является неотъемлемой частью обучения физики, поэтому рассмотрение данной темы является актуальным в наше время.

Основной целью является рассмотреть систему физического эксперимента при изучении электрического тока в различных средах в курсе физики основной школы. Для этого ставятся следующие задачи:

1. Изучить нормативные документы, прописывающие основные требования к физическому оборудованию, используемого при проведении физического эксперимента в курсе физики в 8 классе.

2. Изучить компоненты, входящие в систему школьного физического эксперимента.

3. Рассмотреть содержательную схему изучения электрического тока в различных средах в основной школе, согласно современного УМК под редакцией Л. С. Хижняковой

4. Рассмотреть и изучить демонстрационные опыты, проводимые при изучении электрического тока в различных средах.

5. Рассмотреть и изучить фронтальные лабораторные работы, проводимые при изучении электрического тока в различных средах.

6. Рассмотреть и изучить домашние лабораторные работы, проводимые при изучении электрического тока в различных средах.

7. Рассмотреть и изучить экспериментальные исследования, проводимые при изучении электрического тока в различных средах.

§1. Требования (ФГОС), предъявленные к физическому оборудованию и физическому эксперименту при обучении физике в основной школе, на примере темы: «Изучение электрического тока в различных средах».

Нормативные документы, регламентирующие образовательный процесс по физики в 8 классе это Федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС) и Федеральный закон Российской Федерации «Об образовании».

В ФГОС прописано условие соблюдения требований к социально-бытовым условиям в общеобразовательных школах. Такими требованиями являются:

1. Наличие необходимого оборудование в учебных кабинетах и лабораториях, рабочих мест учителя и каждого обучающегося; требований пожарной и электробезопасности; помещений для занятий учебно-исследовательской и проектной деятельностью, моделированием и техническим творчеством (лаборатории и мастерские); полных комплектов технического оснащения и оборудования всех предметных областей и внеурочной деятельности, включая расходные материалы и канцелярские принадлежности;

2. Обеспечение возможности включения обучающихся в проектную и учебно-исследовательскую деятельность, проведения наблюдений и экспериментов, в том числе с использованием: учебного лабораторного оборудования; цифрового (электронного) и традиционного измерения, включая определение местонахождения; виртуальных лабораторий, вещественных и виртуально-наглядных моделей и коллекций основных математических и естественнонаучных объектов и явлений;

3. Возможность проектирования и конструирования, программирования;

Укомплектованность печатными и электронными информационно- образовательными ресурсами по всем предметам учебного плана: учебниками, учебниками с электронными приложениями, учебно-методической литературой и материалами по всем учебным предметам основной образовательной программы основного общего образования на определенных учредителем образовательного учреждения языках

4. обучения, дополнительной литературой. [2]

Так же существует ряд требований, предъявленных к проведению школьного физического эксперимента [10]:

1. Видимость. Для ее обеспечения приборы должны быть достаточно больших размеров, а если это невозможно, то следует применять специальные способы, обеспечивающие их видимость.

2. Наглядность. Она предполагает ясную и понятную постановку демонстрируемого опыта. Это достигается тем, что в демонстрационной установке удаляются или скрываются не столь существенные детали.

3. Кратковременность. Опыт должен длиться ровно столько времени, сколько нужно для показа явления.

4. Выразительность и эмоциональность. Пределом выполнения требования эмоциональности опыта является удивление и восторг учащихся, с которым они наблюдают показываемый учителем опыт.

5. Надежность опыта, т.е. возможность повторного его показа.

6. Убедительность опыта. Просмотр опыта не должен приводить к двойственному или неправильному толкованию, а убедительно показывать то, что следовало показать. Поэтому все побочные явления, сопровождающие основное, должны быть сведены к минимуму, сделаны незаметными и не отвлекающими внимания от главного.

7. Соответствие правилам безопасности.

8. Систематичность и научность, которые выражаются в том, что совокупность всех опытов составляет логически связанную систему и последовательно раскрывает смысл каждого опыта, опираясь на пройденный и изложенный новый материал.

9. Содержательность предполагает подбор приборов и создание таких условий, которые позволяют в полной мере раскрыть сущность явления.

10. Эстетичность предусматривает изящное, красивое оформление установки и аккуратное выполнение опыта. Изящность оформления достигается путем умелого подбора и расположения приборов, подчиняющихся определенной логике, путем применения разных средств (подкрашивание, подсвечивание и пр.).

§2. Система физического эксперимента.

Школьный физический эксперимент – это воспроизведение физического явления с помощью специальных приборов на уроке в условиях, наиболее удобных для его изучения. Физический эксперимент является одновременно источником знаний, одним из важнейших методов обучения школьников физике и видом наглядности.

Система физического эксперимента включает в себя (Схема 1):

1. Демонстрационный опыт;

2. Фронтальные лабораторные работы;

3. Экспериментальное исследование;

4. Экспериментальные задачи;

5. Физический практикум;

6. Домашние лабораторные работы.

Схема 1

Демонстрационный опыт является одним из видов школьного физического эксперимента, выполняемого учителем, его основная функция – его направленность на формирование начальных представлений о явлениях, процессах и закономерностях, устройстве и действии некоторых приборов и технических установок.

Все демонстрационные опыты делятся на четыре направления [5]:

1. Опыты, которые отражают происходящие явления, процессы и закономерности, которые определяют данный раздел;

2. Опыты, которые раскрывают применение данных явлений и наглядно показывают связь окружающего мира и физики;

3. Опыты, которые подготавливают обучающихся к физическому практикуму (демонстрационные опыты);

4. Опыты, которые представляют собой экспериментальные задачи для углубленного изучения физики.

Демонстрационный эксперимент может использоваться на уроках физики для мотивации изучения нового материала, выдвижения познавательной задачи, создания проблемной ситуации, проверки гипотезы, иллюстрации объяснения учителя. На основе показанного опыта учащимся могут быть предложены как качественные, так и количественные задачи, экспериментальные задания.

Фронтальные лабораторные работы - это вид практических работ, когда все учащиеся класса одновременно выполняют однотипный эксперимент, используя одинаковое оборудование.

Фронтальные лабораторные работы чаще всего выполняются группой учащихся по 2 человека. Есть возможность организовать индивидуальную работу. Соответственно в кабинете должно быть 10-15 комплектов приборов для фронтальных лабораторных работ. Всего таких приборов более 1000. Из этого вытекает одна из основных проблем организации фронтальных работ – нехватка различного оборудования в школах.

К приборам для фронтальных работ предъявляются определенные требования: они должны быть легкими, дешевыми, простыми в эксплуатации, иметь малые габариты, не обязаны иметь высокий класс точности. Приборы комплектуются в виде совокупности одинаковых приборов, т.е. вместе собираются вольтметры, амперметры, все реостаты, все весы и т.п.

Фронтальные лабораторные работы можно классифицировать на группы работ по [12]:

1. наблюдению физических явлений;

2. ознакомлению с приборами и выполнению с их помощью прямых измерений;

3. выполнению косвенных измерений физических величин;

4. установлению зависимостей между физическими величинами, описывающими физический;

5. сборке и ознакомлению с принципом действия некоторых технических установок и приборов.

Также в зависимости от дидактических задач, которые решаются с помощью фронтальных лабораторных работ, их можно разделить на иллюстративные (проверочные) и исследовательские (эвристические) [20].

Иллюстративные работы выполняются с целью проверки изученных закономерностей; исследовательские – с целью проверки гипотез и получения новых знаний.

Домашние лабораторные работы – самостоятельный эксперимент, выполняемый учащимися вне школы без непосредственного контроля со стороны учителя за ходом работы.

Домашние лабораторные работы несут на себе следующие задачи:

1. формируют умения наблюдать физические явления в природе и в быту;

2. формируют умения выполнять измерения с помощью измерительных средств, использующихся в быту;

3. формируют интереса к эксперименту и к изучению физики;

4. формируют самостоятельность и активность обучающихся.

Домашние лабораторные работы можно классифицировать, опираясь на их зависимость от используемого при выполнении оборудования [11]:

1. работы, в которых используются предметы домашнего обихода и подручные материалы (мерный стакан, рулетка, бытовые весы и т.п.);

2. работы, в которых используются самодельные приборы (рычажные весы, электроскоп и др.);

3. работы, выполняемые на приборах, выпускаемых промышленностью.

Школьникам рекомендовано иметь персональную домашнюю лабораторию, включающую в себя в первую очередь линейки, мензурка, воронка, весы, разновесы, динамометр, трибометр, магнит, часы с секундной стрелкой, железные опилки, трубки, провода, батарейка, лампочка.

Физический практикум – вид физического эксперимента, выполняемый в группах из 2-4 человек на различном оборудовании; работы проводятся по графику, на каждом занятии группа выполняет новую работу. Он включает в себя физический эксперимент и исследовательскую работу.

Цели физического практикума: повторение, углубление, расширение и обобщение полученных знаний из разных тем курса физики; развитие и совершенствование у учащихся экспериментальных умений путем использования более сложного оборудования, более сложного эксперимента; формирование у них самостоятельности при решении задач, связанных с экспериментом.

Данный вид физического эксперимента не связан по времени с изучаемым материалом, он проводится в конце учебного года, иногда - в конце первого и второго полугодий, и включает серию опытов по той или иной теме. Работы практикума сложнее, чем фронтальные лабораторные работы, выполняются они на более сложном и более точном оборудовании, причем доля самостоятельного участия учеников значительно больше, чем в случае фронтальных лабораторных работ. В процессе проведения физического практикума необходимо научить студента творчески подходить к исследовательской работе, правильно выбирать методику эксперимента и измерительные приборы. Для оформления отчетов по практикуму обычно используют или специальный журнал экспериментальной работы, или специальные бланки для каждой работы отдельно.
Стоит отметить, что по мере выполнения физического практикума постепенно вырабатываются навыки, необходимые в дальнейшем при проведении исследовательских работ.

Экспериментальные задачи – это такие физические задачи, у которых постановка и решение органически связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами, сборкой установок электрических цепей и т.д.

Построение данных задач базируется на высказывание учеником предложения и обоснования выводов, проверенных затем опытным путем. Такое построение вызывает у учеников большой интерес к задачам и при правильном решении большое удовлетворение своими знаниями, развивает их самостоятельность, логику, формирует верную физическую картину мира.

Экспериментальные задачи делятся на количественные (полученные в ходе эксперимента данные обрабатываются математическими методами) и качественные (задачи, не требующие для решения количественных данных и математического расчёта); также можно разделить на следующие виды [6]:

1. Задачи, для получения ответа которых приходится измерять необходимые физические величины;

2. Задачи, в которых самостоятельно устанавливается зависимость между конкретными физическими величинами.

3. Задачи, в условии которых дано описание опыта, а от ученика требуется предсказать его результат.

4. Задачи, в которых с помощью данных приборов и принадлежностей демонстрируется конкретное физическое явление; конструируется установка в соответствии с условиями задачи.

5. Задачи на глазомерное определение физических величин с последующей экспериментальной проверкой правильности результата.

Значение экспериментальных задач в том, что они повышают активность учащихся на уроке, способствуют приобретению навыков исследовательского характера, формируют критический подход к оценке результатов измерений.

Экспериментальное исследование – наиболее трудоемкий и сложный вид исследования, но вместе с тем оно наиболее точно и полезно в научном плане. В эксперименте всегда создается некоторая искусственная (экспериментальная) ситуация, выделяются причины изучаемых явлений, строго контролируются и оцениваются следствия действий этих причин, выявляются статистические связи между исследуемым и другими явлениями. Для проведения экспериментального исследования необходимо выполнение следующих требований [4]:

1. четкая формулировка проблемы, темы, целей и задач исследования, проверяемых в нем гипотез;

2. установление критериев и признаков, по которым можно будет судить о успешности проведенного эксперимента;

3. точное определение объекта и предмета исследования;

4. выбор и разработка надежных методов исследования объекта и предмета до и после проведения эксперимента;

5. определение подходящей формы представления результатов проведенного эксперимента;

6. характеристика области научного и практического применения результатов эксперимента, формулировка практических выводов.

Теория в научном исследовании является высшей формой научного знания, она представляет собой упорядоченную систему знаний и представлений о части реальности.

Сейчас школьный физический эксперимент развивается, причем различными путями: возникают новые приборы, развивается техника, применяемая в эксперименте, развивается и методика проведения эксперимента. Учитывая многообразие и уникальность компонентов физического эксперимента, применять его на практике удобно как систему. Это позволяет рассматривать физику с разных сторон, освещать более подробно каждый ее раздел, используя разные методы, формировать у обучающихся представление научно-физической картины мира.

§3. Содержательная схема изучения электрического тока в различных средах в основной школе, согласно Современного УМК под редакцией Л. С. Хижняковой.

Согласно учебному образовательному плану на изучение физики в 8 классе отводится 2 учебных часа в неделю. Для обучающихся, которые предъявляют повышенный интерес к физике, рекомендуется обучение данной дисциплине на повышенном уровне.

Цель изучения физики в основной школе заключается в формировании представлений о физической картине мира, понимание сущности базовых понятий и законов физики, развитие творческих и интеллектуальных способностей у обучающихся.

Тема «Электрический ток в различных средах» изучается в курсе физики в 8 классе. Она входит в такой раздел, как Электродинамика, и состоит из изучения двух глав: «Электрический ток в металлах. Закон Ома для участка электрической цепи» и «Электрический ток в газах, вакууме и полупроводниках». При изучении материала используются экспериментальный метод и метод моделирования. Основное содержание этих глав:

Электрическое сопротивление; Закон Ома для участка электрической цепи; Резисторы; Последовательное соединение проводников; Параллельное соединение проводников; Работа и мощность электрического тока; Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца; Электрический ток в газах; Виды самостоятельного разряда. Плазма; Электрический ток в вакууме; Электрический ток в полупроводниках. Полупроводниковые приборы.

3. 1. Демонстрационные опыты

Каждый демонстрационный опыт должен готовиться и проверяться заранее, до урока. После того как потребность в установке отпадает, ее убирают со стола, не дожидаясь окончания урока. При его подготовке к уроку учитель обычно выполняет следующую последовательность действий:

1. Определяет дидактическую цель опыта, его место в структуре урока;

2. Четко формулирует, что собирается демонстрировать;

3. Определяет элементы экспериментальной установки: объект исследования, воздействующий элемент, управляющий элемент;

4. Составляет схему экспериментальной установки;

5. Подбирает приборы, руководствуясь их эксплуатационными возможностями и дидактическими требованиями к демонстрационному эксперименту;

6. Собирает демонстрационную установку;

7. Продумывает расположение приборов на демонстрационном столе и подбирает средства, позволяющие обеспечить наилучшую видимость демонстрации.

При изучении электрического тока в различных средах проводятся следующие демонстрационные опыты:

1. Зависимость электрического сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала.

Данная демонстрация относится к изучению параграфа «Электрическое сопротивление», ее задачей является наглядное объяснение зависимости сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала. Демонстрационная установка состоит из источника постоянного тока; ключа; амперметра; панели с различными проводниками. (Рисунок 1)

Рисунок 1

Ход работы заключается в поочередном включении в цепь каждого из проводников и наблюдение за показателями амперметра.

Результатом проведенного демонстрационного опыта является выведение формулы электрического сопротивления на основе сделанного вывода и введение понятия «Удельное электрическое сопротивление».

2. Зависимость силы тока от напряжения на участке электрической цепи.

При рассмотрении параграфа «Закон Ома для участка электрической цепи» проводится демонстрационный опыт, задачей которого является установление зависимости силы тока от напряжения на концах проводника на участке электрической цепи. Установка состоит из источника тока, способный изменять выходное напряжение; ключа; амперметра; вольтметра; спираль из проволоки. (Рисунок 2)

Рисунок 2

Проведение опыта следующее: после замыкания ключа наблюдается, как стрелки приборов не меняют своего положения после отклонения. Затем увеличивается напряжение в несколько раз и наблюдается, как при этом показание амперметра увеличивается в это же количество раз. Опыт повторяется еще несколько раз, меняя значение напряжения.

Выводом из демонстрации является установление прямой зависимости силы тока от напряжения на концах проводников.

3. Зависимость силы тока от сопротивления проводника на участке электрической цепи.

Этот опыт также относится к параграфу «Закон Ома для участка электрической цепи». Он является заключительным этапом для формулирования закона Ома для участка электрической цепи, его задача – установление зависимости силы тока от сопротивления проводника. Установка представлена на Рисунке 3 и состоит из источника тока; ключа; амперметра; вольтметра; магазина сопротивлений (спирали разного сопротивления).

Рисунок 3

Поддерживая во время опыта постоянное напряжение, в цепь поочередно включаются спирали разного сопротивления. Увеличивая сопротивление в два раза, наблюдается уменьшение силы тока в такое же количество раз. Опыт повторяется несколько раз.

Полученным результатом данной демонстрации являются установление обратно пропорциональной зависимости силы тока от сопротивления проводника; формулирование закона Ома для участка электронной цепи.

4. Последовательное соединение проводников.

При изучении электрического тока в металлах рассматриваются виды соединений проводников. Для изучения последовательного соединения проводят следующую демонстрацию, состоящую из двух ламп; ключа; источника тока; двух амперметров. Схема данной установки изображена на Рисунке 4.

Рисунок 4

При замыкании цепи можно наблюдать, что сила тока на обоих амперметрах одинакова. Это позволяет обучающимся сделать вывод, что при последовательном соединении проводников сила тока в любых участках цепи одна и та же; используя закон Ома для участка электрической цепи, формируют подобные выводы для напряжения и сопротивления.

5. Параллельное соединение проводников.

Так же рассматривается еще один вид соединения проводников – параллельное. На данном уроке рассматривается две демонстрации на данную тему. Схема первой представлена на Рисунке 5.1 и состоит из двух ламп; ключа; источника тока; вольтметра.

Рисунок 5.1

Демонстрация заключается в том, что после замыкания ключа ученики наблюдают, что напряжение на каждом из участков цепи остается постоянным и одинаковым. После чего делается вывод, что при параллельном соединении проводников напряжение на всех параллельных участках цепи одно и то же.

Затем следует вторая демонстрация, состоящая из двух ламп; источника тока; ключа; трех амперметров. (Рисунок 5.2)

Рисунок 5.2

Первый и второй амперметр измеряют силу тока в соответствующих ветвях цепи, а третий – силу тока неразветвленного участка. После замыкания ключа можно наблюдать, что сила тока, показанная третьим амперметром, равна сумме сил тока, показанных первым и вторым амперметрами. Ученики вместе с учителем делают вывод на основании данной демонстрации, что сила тока на неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов в параллельных проводниках.

6. Тепловое действие электрического тока.

При изучении теплового действия тока и закона Джоуля-Ленца проводится демонстрационный опыт, показывающий наглядно тепловое действие электрического тока. На Рисунке 6 представлена демонстрационная установка, которая состоит из источника тока; ключа; амперметра; реостата; трех проводников (никелинового, нихромового, медного).

Рисунок 6

Ход работы следующий. После замыкания ключа, начинаем постепенно увеличивать силу тока с помощью реостата. Наблюдается нагревание проводников – медный остается темным, никелиновый краснеет, а нихромовый почти до белого каления. Затем основываясь на проведенной демонстрации и используя известные формулы, учитель выводит формулу количества теплоты, выделяемой проводником с током при нагревании.

Данный демонстрационный опыт позволяет сформулировать и вывести с помощью наглядности закон Джоуля-Ленца.

7. Устройство и действие плавкого предохранителя.

Задача данной демонстрации – это ознакомление учеников с устройством и работой плавкого предохранителя. Он изображен на Рисунке 7.

Рисунок 7

Учитель показывает плавкий предохранитель, рассказывает его устройство (Проволока из легкоплавкого металла, помещенная в стеклянную трубку. Трубка на концах имеет два металлических наконечника). Затем приводятся примеры его применения. Эта демонстрация позволяет ученикам ознакомиться с устройством одного из физического оборудования, понять принцип его работы; узнать технику безопасности его использования; увидеть пример применения физических законов в реальном мире (в быту).

8. Возникновение электрического тока в газах.

Одной из сред, в которых изучают электрический ток, является газ. Для демонстрации электрического тока в газах и проводят этот опыт. Он вводит учеников в главу, изучающую ток в газах, вакууме и полупроводниках. Установка состоит из плоского конденсатора; электрометра; спички; источника высокого напряжения (Рисунок 8).

Рисунок 8

Ход работы: диски конденсатора разделены воздушным промежутком; один диск соединен со стержнем электрометра, второй – с его корпусом. Дискам сообщают разноименные заряды с помощью источника высокого напряжения. В пространство между дисками вносят зажженную спичку и наблюдают, как электрометр разряжается. Это позволяет сделать вывод, что нагретый газ является проводником электрического тока.

9. Самостоятельный разряд в разреженном газе.

Для изучения самостоятельного разряда в разреженном газе используют следующую установку (Рисунок 9).

Рисунок 9

1 – газоразрядная трубка, которая присоединяется к источнику высокого напряжения (2). При помощи насоса (3) откачивают воздух из трубки. Наблюдается возникновение электрического разряда в трубке.

Результат проведенной демонстрации – объяснение возникновения самостоятельного газового разряда в разреженном газе; введение понятия «самостоятельный газовый разряд»; формирование представления существования тока в газе у учащихся.

10. Устройство электронно-лучевой трубки.

Для объяснения процесса существования электрического тока в вакууме используется электронно-лучевая трубка. На данном уроке проводится демонстрация ее устройства и принципа действия. Учитель демонстрирует саму трубку и объясняет ее устройство, которое представлено на Рисунке 10.

Рисунок 10

1 – нить накала, которая нагревает катод 2; 4,5 – ускоряющие аноды, которые помогают электронам ускориться. С помощью управляющего электрода 3 можно регулировать интенсивность электронного пучка, направление которого можно менять с помощью отклоняющихся электродов 6,7. Попадая на экран 8, покрытый люминофором, электронный пучок вызывает свечение экрана.

Изучив устройство электронно-лучевой трубки, ученики получают представление о электрическом токе в вакууме, что является одним из звеньев формирования физической картины мира.

11. Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры.

Рассматривая электрический ток в полупроводниках, проводится данный демонстрационный опыт, ставящий перед собой задачу выявить зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры. На Рисунке 11 представлена установка опыта. Она состоит из источника тока; ключа; гальванометра; германиевого полупроводника на панели; спиртовки.

Рисунок 11

После замыкания цепи отклонения стрелки гальванометра не наблюдается. Но если нагреть полупроводник над пламенем спиртовки, то наблюдается отклонение стрелки гальванометра. Что позволяет учащимся сделать выводы, что в цепи возник электрический ток, следовательно, в полупроводниках существует электрический ток; что удельное сопротивление полупроводника зависит от температуры (при повышении температуры удельное сопротивление уменьшается); введение понятия «терморезисторы» и знакомство с принципом их работы.

12. Зависимость удельного сопротивления полупроводников от освещения.

Для установления зависимости удельного сопротивления от освещения проводят следующую демонстрацию (Рисунок 12)

Рисунок 12

Установка состоит из источника тока; ключа; гальванометра; пластинки из полупроводника; осветителя. После замыкания ключа, стрелка гальванометра покоится, т.е. тока в цепи нет. Далее на пластинку направляется свет от осветителя, при этом стрелка гальванометра резко отклоняется. Из опытов следует, что при освещении полупроводниковой пластинки ее сопротивление уменьшается. Так же эта демонстрация знакомит учащихся с понятием «фоторезисторы» и принципом их работы.

Благодаря проведенным демонстрационным опытам будут получены следующие результаты: ученики наглядно изучат принцип действия физических приборов; ознакомятся с устройствами физического оборудования; изучат и поймут смысл физических явлений, изучаемых в курсе физики основной школы; у учеников будет сформирована физическая картина мира, которая является базой для формирования научной картины мира; приобретутся умения применять полученные знания на практике.

3. 2. Фронтальные лабораторные работы

Важным моментом при изучении физики являются фронтальные лабораторные работы, позволяющие ученикам самостоятельно практическим путем изучить физические явления, объяснить их и применить полученные знания на практике. Все работы состоят из трех этапов, расписанных в учебнике и тетрадях для лабораторных работ, входящих в УМК Л. С. Хижняковой:

I этап – Подготовительный.

На нем вводится объект исследования; написаны вопросы и задания, основанные на работе с учебником и подготавливающие информативную базу для выполнения работы.

II этап – Основной.

Тут определены цель и гипотеза исследования; расписан порядок выполнения работы; происходит само выполнение работы, запись полученных результатов.

III этап – Заключительный.

Формулирование вывода исследования; подготовка и представление полученных результатов; оценка погрешностей.

В процесс изучения электрического тока в различных средах входят следующие фронтальные лабораторные работы:

1. Измерение сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра.

Цель работы заключается в косвенном измерении сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра; определение абсолютной и относительной погрешностей.

Средства измерений и материалы: источник тока, ключ, реостат, амперметр, вольтметр, соединительные провода.

Ход работы состоит в сборке цепи, изображенной на Рисунке 13, замыкании цепи, измерение силы тока и напряжения, занесения данных в таблицу, подсчета косвенных величин и подготовке вывода и результат.

Рисунок 13

Измеренные и подсчитанные данные вносятся в таблицу, представленную в учебнике и тетради для лабораторных работ (Таблица 1).

Таблица 1

2. Исследование с помощью амперметра электрической цепи с последовательным соединением проводников.

Цель работы – измерить силу тока в цепи при последовательном соединении проводников и определить абсолютную погрешность измерений.

Средства измерений и материалы: источник тока, ключ замыкания, амперметр, две спирали сопротивлением 1 Ом и 2 Ом, соединительные провода.

Ход работы: ученики самостоятельно собирают последовательную цепь из данных приборов, замыкают ее, измеряют силу тока и записывают в таблицу (Таблица 2) полученные данные. Затем амперметр подключают в другое место цепи и повторяют измерения. Определяют погрешность.

Таблица 2

3. Исследование с помощью вольтметра электрической цепи с последовательным соединением проводников.

Цель работы – измерить напряжение на каждом участке цепи, состоящем из двух проводников, и определить абсолютную погрешность измерений.

Средства измерений и материалы: источник тока, ключ, вольтметр, две спирали сопротивлением 1 Ом и 2 Ом, соединительные провода.

Ход работы: самостоятельно собирается цепь с последовательным соединением приборов, соединяя вольтметр параллельно к концам одной из спиралей; измеряют напряжение и записывают данные в таблицу (Таблица 3), затем измеряют напряжение на второй спирали (предварительно подключив вольтметр к ней) и записывают данные; Определяют погрешность и записывают конечный итог, записывают вывод.

Таблица 3

4. Исследование с помощью амперметра электрической цепи с параллельным соединением проводников.

Цель работы: измерить силу тока в каждой из параллельных ветвей и в неразветвленном участке и определение абсолютной погрешности величины.

Средства измерений и материалы: источник тока, ключ, амперметр, реостат, две спирали сопротивлением 1Ом и 2 Ом, соединительные провода.

Ход работы: самостоятельно собирают цепь, соединяя спирали параллельно, а реостат – последовательно с источником тока; измеряют силу тока и записывают результат в таблицу (Таблица 4); переставляют амперметр в другую ветвь и снова измеряют силу тока, записывают результат в таблицу; определяют сумму сил токов в первой и второй ветвях, записывают в таблицу результат; определяют погрешности измерений, записывают конечный ответ и вывод.

Таблица 4

5. Измерение мощности электрического тока.

Цель работы: измерить мощность тока и определить абсолютную погрешность измерений.

Средства измерений и материалы: источник тока, ключ, вольтметр, амперметр, лампочка на подставке, соединительные провода.

Ход работы: Необходимо собрать установку согласно схеме, изображенной на Рисунке 14; измерить силу тока, записать результат в таблицу (Таблица 5.1 и Таблица 5.2); измерить напряжение на лампе и записать результат; рассчитать мощность электрического тока по измеренным значениям силы тока и напряжения; определить погрешности измерений; сделать вывод и записать конечный результат.

Рисунок 14

Таблица 5.1 Таблица 5.2

С помощью фронтальных лабораторных работ достигаются следующие результаты: способность самостоятельно обращаться с физическим оборудованием; системное применение на практике полученных знаний и умений; сформированная научно-физическая картина мира; способность самостоятельно выводить зависимости между физическими величинами на основе проведенного опыта; готовность к выполнению и участию в экспериментальных исследованиях.

3. 3. Домашние лабораторные работы.

В процесс обучения физики входят и домашние лабораторные работы, выполняемые учениками самостоятельно, без помощи учителя.

К главам, изучающим электрический ток в различных средах, относятся следующие домашние лабораторные работы.

1. Конструирование «театра бумажных фигурок».

Перед учащимися ставится задача сконструировать театр бумажных фигурок, работа которого основана на электричестве. Цель – наблюдение отклонения фигурок из бумаги, находящихся в электрическом поле. При выполнении работы используются: металлическая пластина; два деревянных бруска одинакового размера; пластина из плексигласа; куски меха, шелка, резины; бумажные фигурки небольшого размера.

Порядок работы состоит из сборки установки, представленной на Рисунке 15.

Рисунок 15

Собрав установку, надо перемещать кусок меха вдоль плексигласовой пластины и наблюдать за отклонениями фигурок. Затем перед обучающимися встает необходимость объяснить, почему так происходит; назвать увиденное физическое явление.

В ходе этой работы достигаются следующие результаты: освоение самостоятельной деятельности; сформирован интерес к эксперименту и исследовательской работе; имеется представление о применении физических знаний в быту, верное наблюдение физических явлений в жизни.

2. Исследование электрического тока в растворах солей.

Цель работы – исследовать зависимость электропроводности раствора соли от его концентрации.

Средства измерений и материалы: батарейка от фонарика; лампочка 3 В на подставке; соединительные провода; стеклянный или пластмассовый сосуд; пластмассовая крышка с двумя металлическими зажимами; дистиллированная вода; поваренная соль; стеклянная палочка.

Порядок выполнения работы состоит из следующих шагов: собирают установку, изображенную на Рисунке 16; затем на сосуде закрепляют электроды, наливают в него воду, закрывая ею электроды; замыкая цепь, наблюдают за лампочкой и записывают результат. Вынув из воды электрода, в сосуде растворяют поваренную соль, опускают снова электроды и замыкают цепь; снова наблюдают за лампочкой и записывают результат. Далее делают вывод из работы.

Рисунок 16

Результаты, достигнутые с помощью выполнения данной работы: у учеников развивается самостоятельность при выполнении работы; развитие наблюдательности, мышления, логики; применение полученных знаний и умений на практике и в жизни; знакомство с новым оборудованием; умение выводить, замечать и формулировать зависимости между физическими величинами.

3. 4. Экспериментальное исследование.

В учебнике, входящем в УМК под редакцией Хижняковой Л.С., в конце параграфов представлены экспериментальные задания, предназначенные для выполнения учениками по их желанию и являющиеся дополнительным заданием.

Все исследования состоят из теоретической базы, являющейся условием исследования, и самим исследованием, представленным в виде конструирования прибора, исследования явления, решения задачи, составлении схемы и т.д.

1. После изученного закона Ома для участка электрической цепи предложено выполнить следующее экспериментальное исследование – используя мультиметр, собрать простейшую электрическую цепь и с его помощью оценить силу тока в цепи и напряжение на лампочке. Записать результаты в таблицу, которую надо самостоятельно продумать и составить, и предложить свои варианты способов измерения силы тока в цепи.

Данная исследовательская деятельность учит применять полученные знания систематично; продумывать и собирать электрические цепи так, как будет целесообразнее для задания; развивает логику, сообразительность, разносторонность, мышление учеников.

2. Еще одно экспериментальное исследование связано с изучением резисторов. Тут рассматривается работа реостата. Необходимо по данному изображению прибора, включенного в цепь, определить, как необходимо передвинуть ползунок реостата, чтобы увеличить или уменьшить сопротивление цепи.

Рисунок 17

Для выполнения работы ученик самостоятельно знакомится с устройством реостата, изучает принцип его работы, что расширяет его кругозор, заинтересовывает его в изучении физики, развивает мышление, формирует научно-физическую картину мира.

3. При рассмотрении видов соединения проводников проводится следующая работа. Задано условие задачи, ученику необходимо, применяя полученные знания, решить ее, ответить на вопросы.

Рисунок 18

4. После рассмотренного закона Джоуля-Ленца идет экспериментальное исследование, задачей которого является узнать, как будут изменяться накалы ламп при изменении устройства электрической цепи (Рисунок 19).

Рисунок 19

Выполняя работу, ученик самостоятельно рассматривает все протекающие процессы, определяет, какие явления тут наблюдаются, какие используются законы для их объяснения. Так же эта работа является заключительной в главе, изучающей электрический ток в металлах.

5. Первым экспериментальным исследованием, относящимся к главе, в которой изучают электрический ток в газах, вакууме и полупроводниках, является работа по изучению электрического тока в газах. На Рисунке 20 представлена исследовательская установка.

Рисунок 20

Ученикам необходимо приблизить концы проволок друг к другу (не должны соприкасаться) и наблюдать, как угол отклонения стрелки электрометра будет уменьшаться до тех пор, пока электрометр не разрядится. Задача данной работы – объяснить наблюдаемое явление.

6. Заключительным исследованием в курсе физики за 8 класс является работа по изучению зависимости сопротивления полупроводника от температуры. На Рисунке 21 представлена установка.

Рисунок 21

Воду, в которую помещен терморезистор, нагревают над пламенем спиртовки, затем надо определить, как изменяется при повышении температуры воды сила тока в цепи и сопротивление терморезистора.

Все экспериментальные исследования нацелены на развитие самостоятельности учеников, их способность систематично, рационально и грамотно применять полученные знания на практике, на развитие и формирование научной картины мира, на заинтересованность в изучении такого школьного предмета как физика.

Заключение

Физический эксперимент – один из основных методов познания природы. Он включает в себя составные компоненты (демонстрационный опыт, фронтальные и домашние лабораторные работы, экспериментальные исследования, экспериментальные задачи, физические практикумы), что позволяет изучать физику более углубленно, систематично и занимательно. Каждый из видов физического эксперимента применим в своей ситуации, где он наиболее оптимально и доступно поможет учителю объяснить тему, явление, процесс, объяснить устройство и принцип работы физического оборудования, проверить уровень усвоения знаний у учеников.

В работе были выполнены следующие задачи:

1. Изучены требования, предъявляемые к физическому оборудованию, которые прописаны в нормативных документах.

2. Изучена система физического эксперимента в целом и отдельные ее компоненты.

3. Рассмотрена содержательная схема изучения электрического тока в различных средах в основной школе на основе современного УМК под редакцией Л. С. Хижняковой

4. Рассмотрены демонстрационные опыты, фронтальные и домашние лабораторные работы, экспериментальные исследования, проводимые при изучении электрического тока в различных средах.

Литература

1. Закон Российской Федерации от 29.12.2012 года №273-ФЗ «Об образовании в РФ» (с последующими изменениями и дополнениями);

2. Приказ от 17.12.2010 № 1897 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования»;

3. Антипин И.Г. Экспериментальные задачи по физике в 6-7 классах. Пособие для учителей. – М. Просвещение. 1974. 130 с;

4. Бессонов, А.А Введение в лабораторный практикум по физике / А.А. Бессонов. – Челябинск: ЧелГУ, 2003;

5. Буров, В.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе [Текст] / [В. А. Буров и др.]. Ч. 1: Механика, молекулярная физика, основы электродинамики / под ред. А. А. Покровского. - 3-е изд., перераб – М.: Просвещение, 1978. – 351 с.;

6. Варламов, С.Д., Экспериментальные задачи на уроках физики и физических олимпиадах / С.Д. Варламов, А.Р. 3ильберман, В.И. Зинковский. – М.: МЦНМО, 2009. -184 с.;

7. Воронов, В.В. Педагогика школы в двух словах [Текст]: Учеб. пособие для студентов пед. вузов / В.В. Воронов. – М.: Педагогическое общество, 2000. - 192 с.: ил.;

8. Каменецкий, С.Е. Методика решения задач по физике в средней школе. Пособие для учителей / С.Е. Каменецкий, В.П. Орехов. – М.: Просвещение, 1971;

9. Каменецкий, С.Е. Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы / Под ред. С.Е.Каменецкого, Н. С. Пурышевой. – М.: Академия, 2000;

10. Карабасова, Г.Б. Требование к демонстрационным опытам и совершенствование оборудования учебного демонстрационного эксперимента [Текст] / Г. Б. Карабасова // Молодой ученый. — 2014. — №17. — С. 19-21;

11. Лабораторная работа как средство развития поисковой активности учащихся [Текст] // Проблемы совершенствования математической подготовки в школе и вузе: Учеб. пособие / Т.А. Воронько. – М.: Прометей, 2000. – с. 47;

12. Покровский, А.А. Фронтальные лабораторные занятия по физике в средней школе. Пособие для учителей. 2-е изд., перераб. / Покровский А.А. — М.: Просвещение, 1974. — 208 с.: ил.;

13. Покровский, С. Ф. Опыты и наблюдения в домашних заданиях по физике / С. Ф. Покровский. – М, 1963;

14. Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7-11 классах общеобразовательных учреждений», под ред. В.А. Бурова, Г.Г. Никифорова. – М.: Просвещение, 1981;

15. Хижнякова, Л. С. Физика: 8 класс: методика и технологии обучения: методическое пособие / Л. С. Хижнякова, А. А. Синявина, С. А. Холина и др. – М.: Вентана-Граф, 2012;

16. Хижнякова, Л. С. Физика: 8 класс: рабочая тетрадь №2 для учащихся общеобразовательных учреждений / [Л.С. Хижнякова, А.А. Синявина, С.А. Холина и др.] – М.: Вентана-Граф, 2012. – 96 с.: ил.;

17. Хижнякова, Л. С. Физика: 8 класс: тетрадь для лабораторных работ для учащихся общеобразовательных учреждений / [Л.С. Хижнякова, А.А. Синявина, С.А. Холина и др.] – М.: Вентана-Граф, 2012. – 80 с.: ил.;

18. Хижнякова, Л. С. Физика: 8 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / Л. С. Хижнякова, А. А. Синявина. – М.: Вентана-Граф, 2013. – 224 с.: ил.;

19. Хижнякова, Л. С. Физика: программы: 7-9 классы / Л. С. Хижнякова, А. А. Синявина, С. А. Холина. – М.: Вентана-Граф, 2012;

20. Хуторской, А.В. Методы эвристического обучения // Школьные технологии, №1-2. - 1999. – с. 233-243.